矮寨特大懸索橋鋼桁梁檢查車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

史衛(wèi)朝

SHI Wei-zhao

（西安理工大學(xué)，西安 710082）

0 引言

矮寨特大懸索橋是湖南省吉首至茶洞高速公路跨越矮寨大峽谷的一座特大型橋梁，為鋼桁梁?jiǎn)慰鐟宜鳂?。主纜孔跨布置為242m+1176m+116m的懸索橋，矢跨比1：9.6，其中鋼桁加勁梁跨徑為1000.5m，主橋橫向設(shè)2%橫坡，橋面寬24.5m[1]。全橋采用71對(duì)吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距14.5m，鋼桁梁全寬27m，主跨梁高7.5m。

為了方便檢查維修矮寨特大懸索橋，需要在鋼桁梁下方安裝一臺(tái)維護(hù)檢查車(chē)，以滿(mǎn)足施工及維護(hù)要求。本課題組設(shè)計(jì)、制造、安裝了檢查車(chē)。矮寨懸索橋的標(biāo)準(zhǔn)斷面圖及其下方安裝的檢查車(chē)如圖1所示，圖2為安裝后的檢查實(shí)景圖。

圖1 矮寨懸索橋標(biāo)準(zhǔn)斷面及其下方安裝的檢查車(chē)

圖2 安裝完成后的檢查車(chē)實(shí)景圖

1 設(shè)計(jì)要求及工作原理

1.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)矮寨特大懸索橋的地理及現(xiàn)場(chǎng)情況，橋梁設(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)鋼桁梁檢查車(chē)的設(shè)計(jì)提出了以下要求：

1）檢查車(chē)的部件、零件均在制造廠(chǎng)加工焊接，銷(xiāo)、軸、齒輪等零件應(yīng)進(jìn)行熱處理，電器配件、線(xiàn)纜均要符合國(guó)標(biāo)要求，減速箱裝配后，要進(jìn)行跑合運(yùn)轉(zhuǎn)，門(mén)架焊接時(shí)與桁架保證相對(duì)位置，不得有歪扭現(xiàn)象。

2）由于矮寨大橋有0.8%縱坡，故檢查車(chē)應(yīng)具有電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)器，還應(yīng)具有單獨(dú)手動(dòng)夾軌器，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)夾軌器與檢查車(chē)電氣系統(tǒng)互鎖，以保證使用安全。

3）檢查車(chē)需設(shè)計(jì)3個(gè)液壓升降平臺(tái)（中間1臺(tái)為移動(dòng)式），升起高度滿(mǎn)足上節(jié)點(diǎn)維修需要，降下高度不能影響檢查車(chē)行走。檢查車(chē)在電路上實(shí)施互鎖控制，確保升降平臺(tái)工作時(shí)，檢查車(chē)不會(huì)運(yùn)動(dòng)。

4）進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮檢查車(chē)在軌道兩端及中間部位均設(shè)置限位斷電裝置，檢查車(chē)由橋梁兩岸供電。

1.2 工作原理

矮寨特大懸索橋的檢查車(chē)結(jié)合吊欄式和桁架式兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，由作業(yè)吊欄、走行裝置、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、電動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換和互鎖機(jī)構(gòu)、懸掛連接結(jié)構(gòu)、剎車(chē)機(jī)構(gòu)、液壓升降平臺(tái)及電控部分等組成。走行裝置掛在橋梁下方工字鋼軌道的下翼上面，通過(guò)懸掛連接機(jī)構(gòu)將作業(yè)吊欄與走行裝置連接。啟動(dòng)電機(jī)或搖動(dòng)手動(dòng)驅(qū)動(dòng)手把，通過(guò)減速機(jī)和齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)走行裝置帶動(dòng)檢查車(chē)沿軌道行走；剎車(chē)機(jī)構(gòu)固定在走行裝置墻板上，轉(zhuǎn)動(dòng)剎車(chē)手輪，聚氨脂橡膠板緊緊頂在工字鋼導(dǎo)軌的腹板上，固定檢查維修車(chē)位置；升起液壓升降平臺(tái)，工作人員進(jìn)行檢查維修作業(yè)。

2 鋼桁梁檢查車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 作業(yè)吊欄

作業(yè)吊欄采用型鋼制框架式焊接結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)32m，寬1.6m，高2.2m。為了運(yùn)輸和安裝方便，將作業(yè)吊欄從中間分成兩部分，兩部分之間采用鋼板及高強(qiáng)度螺栓連接[2]。在距離吊欄端部1.8m處各設(shè)置一個(gè)與走行裝置相連接的機(jī)構(gòu)。整個(gè)吊欄的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 作業(yè)吊欄結(jié)構(gòu)

2.2 走行裝置

具有驅(qū)動(dòng)功能的走行裝置是橋梁檢查維修車(chē)沿大橋縱向移動(dòng)的動(dòng)力裝置，圖4為走行裝置的剖視圖。走行裝置沿工字鋼軌道兩側(cè)各設(shè)2個(gè)主動(dòng)滾輪，每套走行裝置共4個(gè)主動(dòng)滾輪，動(dòng)力經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置上軸18傳遞到齒輪，通過(guò)齒輪嚙合將動(dòng)力傳遞到主動(dòng)滾輪4，主動(dòng)滾輪沿工字鋼軌道走行，帶動(dòng)整個(gè)檢查車(chē)沿大橋縱向移動(dòng)。滾輪由支撐立板2支撐，連接軸10的作用是將兩支撐立板固定并連接。

圖4 走行裝置剖視圖

2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

檢查車(chē)走行不僅可以手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，還可以電力驅(qū)動(dòng)。電力驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)為三相永磁同步電機(jī)。由于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速較高，輸出扭矩相對(duì)偏小，本課題的解決方案為：采用行星擺線(xiàn)針輪減速器進(jìn)行調(diào)速，減速機(jī)型號(hào)為：XWD-3，降速比為17，電動(dòng)機(jī)與減速器機(jī)構(gòu)安裝后，其外形尺寸為：510mm×240mm×290mm。為避免電機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)等情況的發(fā)生，檢查車(chē)提供了手動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，旋轉(zhuǎn)走行裝置上的手柄，便可移動(dòng)檢查車(chē)。

2.4 電動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)行星減速器調(diào)速，可直接用于檢查維修車(chē)的驅(qū)動(dòng)。為方便操作，檢查車(chē)設(shè)有電動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，分別用于電動(dòng)控制與手動(dòng)控制。撥動(dòng)轉(zhuǎn)換手柄，帶動(dòng)撥叉移動(dòng)，從而撥動(dòng)滑移齒輪左右移動(dòng)，控制齒輪的嚙合與脫離實(shí)現(xiàn)電動(dòng)與手動(dòng)的轉(zhuǎn)換。

2.5 懸掛連接結(jié)構(gòu)

走行裝置之間通過(guò)連接板進(jìn)行連接，如圖5所示，懸掛連接結(jié)構(gòu)將走行裝置固定形成一個(gè)整體，同時(shí)為作業(yè)吊欄提供連接懸掛支撐，走行裝置之間的中心相距1000mm。通過(guò)懸掛件和懸掛板將走行裝置與作業(yè)吊欄之間連接形成一個(gè)整體。

2.6 剎車(chē)機(jī)構(gòu)

由于大橋有0.8%的縱坡，檢查車(chē)具有電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)器和剎車(chē)機(jī)構(gòu)，并且剎車(chē)機(jī)構(gòu)與檢查車(chē)電氣系統(tǒng)互鎖，保證使用安全，剎車(chē)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。扳動(dòng)剎車(chē)手柄25，使得安裝在左右支撐立板上的螺桿15轉(zhuǎn)動(dòng)，由于該螺桿左右各有一段左旋和右旋螺紋，螺距相同，旋向相反，因此，與螺母固結(jié)的剎車(chē)塊14同時(shí)相向或相反移動(dòng)。當(dāng)相向移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)剎車(chē)塊14同時(shí)擠壓工字鋼的腹板，產(chǎn)生摩擦，起到剎車(chē)制動(dòng)作用；當(dāng)相反移動(dòng)時(shí)，解除制動(dòng)，檢查維修車(chē)處于自由（可移動(dòng)）狀態(tài)。

2.7 液壓升降平臺(tái)

為了便于對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的檢查和維修，在作業(yè)吊欄內(nèi)設(shè)置三個(gè)液壓升降平臺(tái)，其中在作業(yè)吊欄兩端分別設(shè)置一個(gè)固定式液壓升降平臺(tái)，中間設(shè)置一個(gè)移動(dòng)式液壓升降平臺(tái)。升降平臺(tái)采用兩柱桅桿式，升降平臺(tái)型號(hào)為SYL-12，工作臺(tái)高度8m，承重200kg，功率1.5kW，整機(jī)重量580kg。

圖5 懸掛連接機(jī)構(gòu)

圖6 剎車(chē)機(jī)構(gòu)圖

2.8 電控部分

電控系統(tǒng)是整個(gè)檢查走行控制的主體部分，具有電機(jī)轉(zhuǎn)正、反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)、停車(chē)，單邊正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，手動(dòng)電動(dòng)互鎖，檢查車(chē)走偏等控制功能，圖7為電氣控制原理圖。

圖7 電氣控制原理

3 鋼桁梁檢查車(chē)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

研制的鋼桁梁檢查車(chē)具有以下特點(diǎn)：1）作業(yè)吊欄長(zhǎng)，矮寨大橋24.5m的寬度限制了普通檢查車(chē)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)32m長(zhǎng)的作業(yè)吊欄方能滿(mǎn)足橋梁維修需要；2）安全性強(qiáng)，鋼桁梁檢查車(chē)主體結(jié)構(gòu)由角鋼、槽鋼和鋼板等焊接而成，通過(guò)ANSYS軟件對(duì)檢查車(chē)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，結(jié)果表明檢查車(chē)的整體桁架結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，同時(shí)檢查車(chē)的剎車(chē)機(jī)構(gòu)與電氣系統(tǒng)互鎖，可保證使用安全；3）操作簡(jiǎn)單，橋梁維修人員作業(yè)時(shí)，通過(guò)檢查車(chē)電控柜上的按鈕，便可控制檢查車(chē)移動(dòng)及液壓升降平臺(tái)。

目前，鋼桁梁檢查車(chē)已正常使用了3年，作為矮寨大橋的配套設(shè)施，鋼桁梁檢查車(chē)對(duì)大橋的安全擔(dān)負(fù)著重要作用，需要克服各種惡劣環(huán)境的影響，滿(mǎn)足維修人員不定期地對(duì)橋梁進(jìn)行檢查、維修，保證大橋正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，橋梁的檢測(cè)工作顯得尤為重要[3]。針對(duì)矮寨特大懸索橋的特點(diǎn)，研制鋼桁梁檢查車(chē)具有重要的使用價(jià)值和理論意義，不僅滿(mǎn)足了矮寨大橋檢查維修需求，同時(shí)為今后特大橋梁檢查車(chē)的研制提供了寶貴資料，促進(jìn)了我國(guó)橋梁檢查車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 陳明憲.矮寨特大懸索橋建設(shè)新技術(shù)研究[J].中外公路,2011,31(6)：1-5.

[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版[Z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1986.

[3] 韓慶錄.公路橋梁的建設(shè)與發(fā)展[J].黑龍江科技信息,2005(3)：55-57.